DE2635766C2

DE2635766C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Funkenerosionsbearbeitung

Info

Publication number: DE2635766C2
Application number: DE2635766A
Authority: DE
Inventors: Johann Haute-Savoie Jänicke; Georges-Andre Meyrin Geneve Marendaz
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1975-08-13
Filing date: 1976-08-09
Publication date: 1984-03-29
Also published as: FR2320810A1; JPS5223798A; US4081652A; DE2635766A1; CH590107A5; IT1070641B; GB1556713A; FR2320810B1; JPS5616007B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Funkenerosionsbearbeitung einer Werkstückelektrode mit einer Drahtelektrode, bei dem die Elektroden auf einer ungeraden Bahn relativ zueinander mit einer Geschwindigkeit verschoben werden, die in Abhängigkeit von den Funkenbildungsbedingungen der Funkenstrecke geregelt wird.

Bei Verfahren dieser Art wird die Drahtelektrode mit einer konstanten Geschwindigkeit geliefert und zugleich einer zu ihrer Längsachse transversalen Verschiebung auf einer Schnittbahn unterworfen, die durch die gewünschte Form des Werkstücks bestimmt und entsprechend programmiert ist. Die Geschwindigkeit der Verschiebung ist von den Funkenbildungsbedingungen abhängig. Die Schnittbahn berücksichtigt den Abstand zwischen der Drahtachse und der bearbeiteten Oberfläche. Der Arbeitsspalt ist in Vorschubrichtung kleiner, als senkrecht zu den seitlichen Flächen des bearbeiteten Werkstücks. Der größere seitliche Arbeits- « spalt ist dadurch zu erklären, daß die Funkenerosion an den seitlichen Flächen des bearbeiteten Werkstücks vergleichsweise langer dauert, als an den frontal gelegenen Flächen. Infolgedessen wird seitlich auch mehr Werkstoff abgetragen.

Ein Längenunterschied zwischen den beiden seitlichen Arbeitsspaiten hängt von den Abmessungen der Drahtelektrode und dem Verhältnis zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Achse der Drahtelektrode und der tangentialen Vorschubgeschwindigkert der den Seitenflächen des bearbeiteten Werkstücks gegenüberliegenden Punkte der Drahtelektrode ab. Wenn die Drahtelektrode einer geradlinigen Schnittbahn folgt, ist dieses Verhältnis gleich 1 und die Drahtachse befindet sich infolgedessen in gleichem Abstand von den beiden bearbeiteten Seitenflächen des Werkstücks. Weist die Schnittbahn dagegen eine Krümmung auf, so vergrößert sich die Verschiebungsgeschwindigkeit der Funkenzone der konkaven Schnittfläche, während sich die Verschiebungsgeschwindigkeit der Funkenzone der konvexen Schnittfläche vermindert. Infolgedessen verringert sich der Abstand zwischen der Drahtachse und der konkaven Schnittfläche, während sich der Abstand zwischen der Drahtachse und der konvexen Schnittfläche vergrößert. Somit ergibt sich ein entsprechender Bearbeitungsfehler.

Der Bearbeitungsfehler ist noch ausgeprägter, wenn die Schnittbahn der Drahtelektrode einen spitzen Winkel aufweist. In diesem Fall ist die Länge des äußeren Arbeitsspaltes in der Größenordnung der Länge des frontztsn Arbeitsspaltes, so daß ein Bearbeitungsfehler entstehen kann, der größer als 10 μ ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte 3earbeitungsverfahren so zu verbessern, daß trotz ungerader Schnittbahn eine maßgenaue Schnittfläche erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Krümmungsradius gesteigert bzw. verringert wird, wenn die innere (konvexe) bzw. äußere (konkave) Schnittfläche maßgenau sein soll.

Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß der Abstand zwischen der Achse der Drahtelektrode und einer der seitlichen Oberflächen des bearbeitetenWerkstücks konstant gehalten wird. Infolgedessen sind praktisch alle Fehler zwischen der programmierten Bahn und der Form des bearbeiteten Werkstücks in Krümmungsbereichen der Schnittbahn beseitigt. Dies wird mit einer Regelung der Vorschubgeschwindigkeit der Drahtelektrode erreicht, wobei mit einer einfachen und wirtschaftlichen Einrichtung die Verwendung von Information realisiert werden kann, die bereits in dem Programm der Schnittbahn der Drahtelektrode vorhanden sind. Infolgedessen braucht die Programmierung der Bahn nicht geändert zu werden, um Bearbeitungsfehler zu korrigieren.

Wenn eine Schnittbahn einen ' spitzen Winkel aufweist, wird die relative Verschiebung der Elektroden bei Erreichen des spitzen Winkels der Schnittbahn für eine von der Größe des Winkels abhängige Dauer unterbrochen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der vorbeschriebenen Verfahren, mit Antrieben zum relativen Verschieben der Dfahtelektrode und der Werkstüekelektrode entsprechend einer vorbestimmten Schnittbahn, und mit einer Antriebssteuerschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuerschaltung ein Steuergerät aufweist, das ein elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Krümmungsradius der Schnittbahn bildet und an den eine das elektrische Signal verwertende Vergleichs-

schaltung zur Beeinflussung der Funkenbildungsbedingungen angeschlossen ist.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die Antriebssteuerschaltung einen die Elektroden stillzusetzen gestattenden Steuerkreis auf, der von dem Steuergerät ein Digitalsignal erhält, wenn die Elektroden an dem Scheitel eines Winkels der Schnittbahn angelangt sind, und es ist ein die Elektroden bis zu demjenigen Zeitpunkt stillgesetzt haltender Schmitt-Trigger vorhanden, an dem die Differenz zwischen einer Kenngröße der Funkenbildungsbedingungen und einer Bezugsgröße einen vorbestimmten Wert erreicht

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer geradlini- '⁵ gen Schnittbahn,

Fig.2 eine schematische Darstellung einer Schnittbahn mit einer starken Krümmung, F i g. 3 eine Schnittbahn mit einem Winkel und F i g. 4 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung der Drahtelektrode und einer Antriebssteuerschaltiing.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt in einer zu der Achse eir.er Drahtelektrode 1 senkrechten Ebene. Zum Funkenerodieren ist ein Generator für elektrische Impulse an die Drahtelektrode bzw. den Draht 1 einerseits und an das zu bearbeitende Werkstück 2 andererseits angeschlossen. Es erfolgt eine Verschiebung des Drahtes 1 auf der Schnittbahn 3, die von der Längsachse des Drahtes 1 beschrieben wird Der Draht 1 und das Werkstück 2 sind M in ein Bearbeitungsfluidum eingetaucht, das üblicherweise von einer dielektrischen Flüssigkeit gebildet wird. Eine Verschiebung des Drahtes 1 auf der Schnittbahn 3 ergibt eine Annäherung zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2. Je weiter die Frontalbereiche des & Drahtes 1 von der Schnittbahn 3 entfernt sind, desto geringer wird die Annäherung. Der von der Schnittbahn 3 entfernteste Punkt nähert sich dem Werkstück 2 überhaupt nicht Infolgedessen ist die Funkendichte frontal am größten und nimmt zur Seite hin ab. Die frontale Arbeitsspaltlänge S_F ist also kleiner als die seitliche Arbeitsspaltlänge S_L. Im Fall einer gemäß F i g. 1 geradlinigen Schnittbahn 3 sind die Arbeitsspaltlängen 5t auf beiden Seiten des Drahtes 1 gleich groß. Fig.2 zeigt eine Schnittbahn 3 mit einer Krümmung, deren Krümmungsmittelpunkt mit 0 bezeichnet ist Infolgedessen sind die Vorschubgesc/iwindigkeiten der verschiedenen Punkte des Umfangs des Drahtes 1 unterschiedlich groß. Mit W ist die Vorschubgeschwindigkeit des Mittelpunktes A des Drahtes 1 bezeichnet. ~ⁱⁿ VVi ist die der Vorschuhgeschwindigkeit VV parallele Geschwindigkeit desjenigen Drahtbereichs bezeichnet der dem Krümmungsmittelpunkt 0 am nächsten liegt Vf2 ist die Vorschubgeschwindigkeit des von dem Krümmungsmittelpunkt 0 am weitesten entfernt liegenden Drahtbereichs.

Da VV, kleiner ist als W, ist die Arbeitsspaltlänge nahe dem Krümmungsmittelpunkt 0 bzw. der inneren konvexen Schnittfläche größer als Sl, wobei der Längenunterschied zwischen beiden mit +OS bezeichnet ist. Auf der dem Krümmungsmittelpunkt 0 gegenüberliegenden Seite des Drahtes 1 ist die Vorschubgeschwindigkeit V_F2 größer als VV, so daß eine Verringerung der Arbeitsspaltlänge zur äußeren Schnittfläche beobachtet werden kann, wobei der Längenunterschied zu Sl mit — dSbezeichnet ist.

Gemäß Fig. 3 hat die Schnittbahn Winkeiform. Infolgedessen unterliegt dnr Scheitelbereich des Werkstücks nur kurzer Funkeneinwirkung und der Längenunterschied Δ S bezüglich der Länge S_L des seitlichen Arbeitsspalts ist sehr groß.

Um die den Längendifferenzen OS entsprechenden Bearbeitungsfehler zu beseitigen, wird die Geschwindigkeit der Relatiwerschiebung zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2 verändert Soll die Länge S_L des vom Krümmungsmittelpunkt 0 am weitesten entfernt gelegenen Arbeitsspalt aufrechterhalten werden, muß die Vorschubgeschwindigkeit W verringert werden, bis die Vorschubgeschwindigkeit V_F2 den Wert der mittleren Vorschubgeschwindigkeit V_F erreicht Infolge dessen ist die äußere (konkave) Schnittfläche im Abstand der Arbeitsspaltlänge S_L vom Draht 1 entfernt und mithin maßgenau. Soll dagegen die Arbeitsspaltlänge Sz. in dem dem Krümmungsmittelpunkt 0 am nächsten gelegenen Arbeitsspalt aufrecht erhalten werden, muß die Vorschubgeschwindigkeit vergrößert werden, bis die Vorschubgeschwindigkeit VVi den Wert der mittleren Vorschubgeschwindigkeit VV des Drahtes 1 hat In diesem Fall ist die innere (konvexe) Schnittfläche des Werkstücks 2 entsprechend der Arbeitsspaltlänge S_L vom Draht 1 entfernt und mithin maßgenau.

Der in F i g. 3 dargestellte Längenunterschied AS wird dadurch beseitigt, daß der Vorschub des Drahtes 1 für diejenige Zeit unterbrochen wird, die erforderlich ist um die Länge Sl des seitlichen Arbeitsspalts zu erhalten. Fig.4 stellt das Schaltbild einer Vorrichtung dar, welche die oben mit Bezug auf F i g. 2 und 3 erklärten Korrekturen ermöglicht Nur die wesentlichen Elemente einer Funkenerosionsmaschine sind dargestellt Der Draht 1 verläuft in Axiallagern 5 und 6, um seitliche Verschiebungen relativ zum Werkstück 2 zur Durchführung eines Schnittes 4 zu ermöglichen. Die relativen Verschiebungen zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2 zum Realisieren einer gewünschten Schnittbahn 3 werden durch zwei Motoren M_x und M_x bewirkt. Der Motor M_x verschiebt die Lager 5 und 6 geradlinig in X-Richtung, während der Motor M_y in einer zu der Richtung X senkrechten Richtung Y wirkt, um das Werkstück 2 zu verschieben. Die elektrischen Entladungen zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2 werden Von einem Impulsgenerator 9 erzeugt, der von einer Gleichstromquelle 8 gespeist wird.

Die Steuersignale für die Motoren M_x und M_x werden von einem Steuergerät 10 geliefert, der einen Eingang 10a für ein Signal aufweist, das die gewünschte Geschwindigkeit des Drahtes i bezüglich des Werkstücks 2 steuert. Dieses Signal wird von einer variablen Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit gebildet, wobei diese Impulse von einer Frequenzmultiplizierschaltung 16 geliefert werden, die im Handel unter dei Bezeichnung BRM (binary-rate multiplier) bekannt ist. Die Schaltung 16 erhält die Impulse von einem Taktgeber 17 und liefert Impulszüge, die von ei.ier Anzahl Impulsen gebildet sind, die von einem an einen Eingang 16a dieser Schaltung angelegten Digitalsignal abhängig ist

Die Steuerung der Schaltung 16 wird ausgehend von dem Steuergerät 10 durchgeführt, der an einem Ausgang S, ein Digitalsignal zur Korrektur der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Krümmungsradius liefert. Dieses Signal Si wird an einen Digital-Analog-Umsetzer 11 angelegt und das erhaltene Analogsignal wird a.i eine Vergleichsschaltung 13 gegeben, die noch ein Signal erhält, das von der zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2

herrschenden Spannung abgeleitet wird. Dieses Signal der Bearbeitungs- oder Arbeitsspannung wird mit einer von einem Potentiometer 12 erhaltenen Bezugsspannung verglichen, um ein Signal zu bilden, das den Unterschied zwischen diesen zwei Spannungen anzeigt. Dieses Signal wird dadurch modifiziert, daß es das Korrektursignal der Vorschubgeschwindigkeit berücksichtigt, das von dem Digital-Analog-Umsetzer 11 geliefert wird.

Das Steuergerät 10 hat einen Ausgang 52, an den ein Digital-Signal geliefert wird, wenn die Schnittbahn 3 einen spitzen Winkel aufweist. Dieses Digital-Signal gelangt an eine ODER-Schaltung 26, die mit dem Eingang C_p eines Speichers 19 mit Taktpuls verbunden ist.

Der Speicher 19 spricht auf ein Signal an, das als eine Funktion des Bearbeitungs- oder Arbeitsstromes oder als eine Funktion der Arbeitsspannung verarbeitet ist. Zu diesem Zweck ermöglicht ein Umschalter /, wenn er sich in seiner Stellung a befindet, die Arbeitsspannung ^o an einen Eingang eines Schmitt-Triggers 20 zu führen, dessen anderer Eingang mit einem Potentiometer 21 verbunden ist. Der Schmitt-Trigger 20 liefert ein Ausgangssignal, sobald die Arbeitsspannung den Wert der von dem Potentiometer 21 gelieferten Bezugsspannung erreicht. Das Ausgangssignal durchläuft eine UND-Schaltung 25, um an einen Eingang der ODER-Schaltung 26 und an den Eingang D des Speichers 19 zu gelangen. Der andere Eingang der UND-Schaltung 25 wird von dem Ausgangssignal der Klemme ^ des w Speichers 19 gespeist

Das Potentiometer 21 wird so eingestellt, daß die Bezugsspannung der Arbeitsspannung für einen Arbeitsspalt entspricht, dessen Länge gleich 5t ist. Diese Spannung ist somit höher als die mittlere Arbeitsspannung, die grundsätzlich von der Länge Sf der vorderen Funkenstrecke bestimmt wird. Daher liefert der Schmitt-Trigger 20 in der normalen Funktion kein Ausgangssignal. Wenn die Bahn einen spitzen Winkel aufweist, gibt das Steuergerät 10 ein Signal an seinen ·«> Ausgang 52 ab, und der Speicher 19 nimmt somit die Position ein, die einem Signal Null an seinem Eingang D entsprichL_Man erhält daher ein Signal Null an seineni Ausgang Q und ein Signal Eins an seinem Ausgang Q. Das Signal Null von dem Ausgang Q wird an einen -»5 Eingang einer UND-Schaltung 18 gelegt und sperrt somit die von der Schaltung 16 gelieferten Impulse, wodurch Relativbewegungen zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2 gestoppt werden. Infolgedessen vergrößert sich die mittlere Arbeitsspannung, und wenn diese Spannung die von dem Potentiometer 21 festgelegte Bezugsspannung erreicht, liefert der Schmitt-Trigger 20 ein Signal, das durch die UND-Schaltung 25 verläuft, da zu diesem Zeitpunkt der Ausgang ?7des Speichers 19 ein Signal Eins abgibt. Der Speicher 19 ändert dann die Position, da das Signal der UND-Schaltung 25 von der ODER-Schaltung 26 ebenfalls an die Klemme C_p angelegt wird. Diese Positionsänderung des Speichers 19 legt ein Signal Eins an die UND-Schaltung 18, wodurch die Anlegung des Vorschubsignals an den Eingang 10a des Programmierers 10 wieder hergestellt wird.

Die Unterbrechungszeit, die erforderlich ist, um Bearbeitungsfehler bei einem spitzen Winkel der Schnittbahn zu vermeiden, kann ebenfalls ausgehend von dem Arbeitsstrom erhalten werden. Zu diesem Zweck werden die Bearbeitungsentladungen von einem Transformator 22, der praktisch eine Differenzierschaltung bildet, an eine Integrationsschaltung 23 übertragen, die ein dem Strom der Entladungen proportionales Signal herstellt. Der Ausgang dieser Integrationsschaltung wird an eine weitere Integrationsschaltung 24 angelegt, deren Ausgangssignal sich als Funktion der Zahl und der Dauer der Entladungen vergrößert. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 24 ist somit repräsentativ für die Maierialmenge, die durch die Bearbeitung während des Meßzeitraums entfernt oder abgetragen wird.

Somit wird, wenn sich der Umschalter / in seiner Stellung is befindet, die Unterbrechungszeit der Vorschubbewegung zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2 durch die Integration des Arbeitsstromes bestimmt, wobei die Wiederaufnahme der Vorwärtsbewegung wieder eingeschaltet wird wie vorher, wenn der Schmitt-Trigger 20 seinen Zustand ändert. Ein Signal des Schmitt-Triggers 20 wird erzeugt, wenn das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 24 die Bezugsspannung des Potentiometers 21 erreicht.

Wenn der Speicher 19 wieder seine Position einnimmt, welche die Vorwärtsbewegung des Drahtes 1 wieder herstellt, liefert sein Ausgang U an die Integrationsschaltung 24 ein Signal zur Rückstellung auf Null,so daß sie für eine neue Operation bereit ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Funkenerosionsbearbeitung einer Werkstückelektrode mit einer Drahtelektrode, bei dem die Elektroden auf einer ungeraden Bahn relativ zueinander mit einer Geschwindigkeit verschoben werden, die in Abhängigkeit von den Funkenbildungsbedingungen der Funkenstrecke geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Krümmungsradius gesteigert bzw. verringert wird, wenn die innere (konvexe) bzw. äußere (konkave) Schnittfläche maßgenau sein solL

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Verschiebung der Elektroden (1, 2) bei Erreichen eines spitzen Winkels der Schnittbahn für eine von der Größe des Winkels abhängige Dauer unterbrochen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit Antrieben zum relativen • Verschieben der Drahtelektrode und der Werkstückelektrode entsprechend einer vorbestimmten Schnittbahn, und mit einer Antriebssteuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuerschaltung ein Steuergerät (10) aufweist, der ein elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Krümmungsradius der Schnittbahn (3) bildet und an den eine das elektrische Signal verwertende Vergleichsschaltung (13) zur Beeinflussung der Funkenbildungsbedingungen angeschlossen ist jo

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuerschaltung einen die Elektroden (1, 2) stillzusetzen gestattenden Steuerkreis (26,19) aufweist, der vor .dem Steuergerät (10) ein Digitalsignal erhält, p<enn die Elektroden (1,2) an dem Scheitel eines Winkels ί-τ Schnittbahn (3) angelangt sind und daß ein die Elektroden (1, 2) bis zu demjenigen Zeitpunkt stillgesetzt haltender Schmitt-Trigger (20) vorhanden ist, an dem die Differenz zwischen einer Kenngröße der Funkenbildungsbedingungen und einer Bezugsgröße einen vorbestimmten Wert erreicht.